2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a novel technology to regulate branched metabolic pathway by three wavelength light for efficient chemical production in cyanobacteria
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19J13822
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
小林 俊一 東京農工大学, 大学院工学府, 特別研究員(DC2)
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2019-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | シアノバクテリア / 代謝制御 / 物質生産 / 合成生物学 / 光センシングシステム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
地球温暖化の原因となるCO2排出量を削減する方法として、CO2を資化できるシアノバクテリアの代謝改変に基づいた、有用物質生産が注目されている。しかし、産業応用へ向けては生産量の向上が必要である。生産量が低下する原因として、代謝分岐による副産物の生産や、生育と生産の競合が挙げられる。そこで本研究では、シアノバクテリアにおける複数の代謝分岐を光で制御することで、目的とする物質の生産量向上を目指す。
令和1年度では、モデル微生物であるSynechocystis sp. PCC 6803を宿主として、光によって遺伝子発現を制御することのできる光センシングシステムを応用することで、特定の代謝経路のON/OFFを特定波長の光で制御することを試みた。具体的には、バイオアルコールの生産経路を光センシングシステムで制御できる系を構築し、Synechocystis sp. PCC 6803へ導入した。各波長の光の照射下で7日間培養し、バイオアルコールの生産量を観察した。その結果、非誘導条件下ではバイオアルコールの生産が低く抑えられ、1週間に渡って生産量の増加は確認されなかった。一方、誘導条件下では時間経過に伴って生産量が大きく向上した。転写解析の結果からも、生産に関与する遺伝子の転写が光に応答してON/OFFしている様子が確認された。したがって、光センシングシステムの応用により、シアノバクテリアの特定の代謝経路を光で正確に制御できることを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度の成果としては、次の2点が挙げられる。最初に、光センシングシステムを応用することで、シアノバクテリアSynechocystis sp. PCC 6803における特定の代謝経路のON/OFFを光で制御できることを明らかにしたことが挙げられる。本技術を用いることで、シアノバクテリアにおいて代謝分岐を生じる遺伝子発現を制御し、分岐を光で正確に制御できる可能性が示された。次に、光で生産経路を制御することで、バイオアルコール生産量の向上が確認されたことが挙げられる。今後制御条件を検討していくことで、さらなる生産量の向上を期待することができる。
当初の予定では、バイオアルコール生産に至るまでの代謝分岐経路に対して光センシングシステムを応用することで、分岐点における競合の解消や目的物質の生産量向上を目指していたが、やや遅れが生じている。今後は、光センシングシステムを応用した代謝分岐点制御に注力し、生産量のさらなる向上を目指す。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究対象とするバイオアルコールの生産経路では、複数の代謝分岐による競合や副産物生産などが生じ、目的物質の生産量の低下が生じる。そこで今後の研究の推進方策として、以下の2点を軸とする予定である。最初に、令和1年度で代謝制御に成功した光センシングシステムを応用し、バイオアルコール生産過程で生じる代謝分岐を光で制御する。各分岐の制御前後における代謝産物の生産量の変化を観察し、最適な制御条件の検討を進める。同時に、生産量向上に効果的な制御対象の選定も試みる。次に、異なる波長の光に応答する複数の制御系を応用することで、分岐経路と生産経路を同時に制御し、さらなる生産量の向上を試みる。上記の2点について研究を進めることで、シアノバクテリアにおける代謝分岐の光制御による、目的物質の生産量の向上を実証する。
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